14 576 21 0053 Федеральная целевая программа Исследования

14. 576. 21. 0053 Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Приоритетное направление: Индустрия наносистем Программное мероприятие: 1. 2 "Проведение исследований по направлениям создания научнотехнологического задела" Соглашение № 14. 576. 21. 0053 от 20. 10. 2014 на период 2014 - 2016 гг. Тема: Разработка новых научно-технических решений по безреагентной очистки воды с различной степенью загрязнения, в том числе при ликвидации чрезвычайных ситуаций и изготовление на их основе блочно-модульной автономной установки водоподготовки с автоматизированной системой управления и дистанционным контролем качества очищенной воды Руководитель проекта: Нечаев Игорь Алексеевич, начальник Центра водных технологий Филиала АО «НИФХИ им. Л. Я. Карпова» , кандидат технических наук Получатель субсидии Филиал Акционерного общества «Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л. Я. Карпова» , г. Москва Индустриальный партнер Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие «Инженерно-промышленная компания» , посёлок Балакирево Александровского района Владимирской области, www. inprokom. ru - специализируется на разработке и производстве единичной и мелкосерийной продукции машиностроения и приборостроения специального назначения. Основные виды деятельности компании: 1) научные исследования и разработки в области технических наук; 2) разработка и производство технических средств охраны объектов; 3) разработка и производство медицинской аппаратуры; 4) разработка и производство установок подготовки и очистки воды для бытового потребления; 5) разработка и производство тепловых и аэрозольных установок; 6) разработка, производство и утилизация вооружений и военной техники; 7) производство противопожарного оборудования; 8) контрактное производство по документации заказчика в области приборостроения и механической обработки. Роль в проекте: финансирование работ по проекту, выполнение комплекса проектноконструкторский, сборочно-монтажных и пуско-наладочных работ по созданию испытательных стендов и экспериментального образца установки очистки природных и сточных вод. Ожидаемые результаты проекта 1) Испытательный стенд для физического имитационного моделирования процессов очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения (ИС-2). 2) Испытательный стенд для физического моделирования процессов коррозии поверхностей металлов в химически агрессивных средах (ИС-5). 3) Эскизная конструкторская документация на ИС-2. 4) Эскизная конструкторская документация на ИС-5. 5) Лабораторный технологический регламент производства микропористых нанокомпозитных фильтрующих элементов ФПЭ с добавкой нано-/микрочастиц наполнителей различной природы. 6) Лабораторный технологический регламент изготовления изделий на основе многослойных коррозионностойких материалов. 7) Методика выделения радионуклидов из СВ, содержащих радиоактивные загрязнения, с использованием ФПЭ, модифицированного наполнителями различной природы. 8) Результаты физического моделирования прохождения газообразных и жидких сред, аэрозолей нано-/микрочастиц металлов сквозь пористые полимеры с использованием ИС-1, ИС-2. 9) Проект ТЗ на ОКР. Цели и задачи проекта Цели ПНИ: 1. 1 Разработка технологических основ и экспериментального образца установки очистки вод, загрязненных в результате природных и техногенных чрезвычайных ситуаций. 1. 2 Исследование и разработка комплекса научно-технических решений по безреагентной очистке загрязнённой воды в интересах создания автономных блочно-модульных установок водоподготовки, предназначенных для эксплуатации в условиях природных и техногенных чрезвычайных ситуаций, включая радиоактивное заражение местности, обеспечивающих интенсификацию и повышение эффективности очистки загрязнённых вод за счёт применения наноструктурированных материалов и средств активации процессов. Задачи, решаемые в 2016 году: - разработка технологических решений по выделению радионуклидов из сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения, с использованием фильтрующих элементов на основе порошкообразного полиэтилена (ФПЭ), модифицированных наполнителями различной природы, - разработать эскизную конструкторскую документацию (ЭКД) и программную документацию (ПД) на программное обеспечение (ПО) для управления работой испытательного стенда для физического имитационного моделирования процессов очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения (ИС-2), - разработать методики физического имитационного моделирования процесса очистки воды, содержащей радиоактивные загрязнения, - организовать и провести физическое моделирование процесса прохождения газообразных и жидких сред, аэрозолей нано-/микрочастиц металлов сквозь пористые полимеры. Перспективы практического использования Разработанная технология изготовления ФПЭ позволяет организовать производство микропористых нанокомпозитных фильтрующих элементов на основе пористого СВМ ПЭ с наполнителями (галлуазит, активированный уголь, наночастицы серебра). Как показали испытания микропористых нанокомпозитных фильтрующих элементов на основе порошка СВМ ПЭ с наполнителями, преимуществом метода аэрозольного напыления для модификации ФЭ по сравнению с традиционно используемым методом пропитки водно-органическим раствором НМЧ металлов является малое количество технологических операций, высокая чистота используемых материалов, низкая вероятность протекания побочных реакций. Кроме того, модификация пористых полимеров посредством НМЧ металла на поверхности и в объёме материала позволяет придать ему новые функциональные свойства – бактерицидность, радиопротекторные и оптические свойства, сенсорно -каталитические свойства и т. д. Разработанная технология относится к классу технологий изготовления нанокомпозиционных микропористых полимерных материалов и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, атомной промышленности и технике, при ликвидации техногенных катастроф и чрезвычайных ситуаций. Степень внедрения – разработка. Практическая новизна – разработка технологических решений по созданию автоматизированного испытательного стенда, позволяющего исследовать и оптимизировать характеристики новых фильтрующих элементов с использованием новых методик физического моделирования процессов получения питьевой воды из приповерхностных источников. Текущие результаты проекта 1) Обоснованы технологические решения по созданию испытательного стенда ИС-2, которые могут быть основой для разработки Методики выделения радионуклидов из сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения, с использованием ФПЭ, модифицированного наполнителями различной природы 2) Разработана эскизная конструкторская документация на испытательный стенд для физического имитационного моделирования процессов очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения. ЭКД на ИС -2 передана Индустриальному Партнёру (ООО НПП «Инпроком» ) для проведения комплекса монтажносборочных и пуско-наладочных работ, согласно ЭКД на ИС-2, разработанной Филиалом АО «НИФХИ им. Л. Я. Карпова» и ФГБОУ ВО «ПГУ» . Полный комплект эскизной конструкторской документации выпущен в двух экземплярах хранится в Филиале АО «НИФХИ им. Л. Я. Карпова» и ФГБОУ ВО «ПГУ» по одному экземпляру у каждого. 3) Выполнена разработка программного обеспечения работы испытательного стенда ИС-2. В составленной программной документации приведено описание программы «asu_is 2» , предназначенной для автоматизированного управления испытательным стендом обеспечивающего очистку воды от механических примесей, а также растворенных в ней солей радиоактивных элементов, описание применения, текст программы и руководство оператору по данному программному обеспечению. Исходным языком программы «asu_is 2» является СТ. Среда разработки компилятор – ИСР КРУГОЛ 2. 6 (локализованная, русская версия). ПД в полном объеме отражена в приложение В. Основной функцией программы asu_is 2 является автоматизированное управление исполнительными механизмами испытательного стенда в зависимости от выбранного режима работы стенда, состояния его отдельных элементов, а так же передачи данных о работе стенда. Основная задача вызываемой программы asu_is 2 (версия 1. 0) – безаварийное ведение процесса имитационного моделирования процессов очистки ПВ и СВ. 4) Разработан способ изготовления микропористых нанокомпозитных фильтрующих элементов (ФЭ) на основе пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМ ПЭ) с наполнителями (галлуазит, активированный уголь, наночастицы серебра), включающий стадии приготовления смеси порошка СВМ ПЭ и наполнителя; спекания (или термопрессования) композиции на основе порошка СВМ ПЭ и наполнителя в закрытой цилиндрической пресс-форме; извлечения изделия из пресс-формы; модификации поверхности и объёма ФЭ наночастицами (НЧ) серебра; контроля качества продукции, отличающийся тем, что с целью упрощения технологии, расширения функциональных возможностей и повышения уровня механизации и безопасности изготовления ФЭ на основе композиционного наполненного пористого СВМ ПЭ, в технологию изготовления микропористых нанокомпозитных ФЭ на основе пористого СВМ ПЭ с наполнителями (галлуазит, активированный уголь, наночастицы серебра) внесены следующие изменения: а) в качестве формовочного порошка применяется СВМ ПЭ со средним размером частиц сферической формы 160 мкм; б) в качестве наполнителя дополнительно используется силикатная добавка – галлуазит (содержание – до 3% (масс. )); в) при выполнении технологических операций получения композиций формовочных порошков ПЭ/галлуазит, ПЭ/(активированный уголь) применяют ультразвуковое (УЗ) воздействие; г) для модификации композиционных ФЭ на основе пористого СВМ ПЭ/ (галлуазит, активированный уголь) наночастицами серебра применяют метод сухого аэрозольного осаждения, заключающийся в пропускании аэрозоля частиц серебра сквозь ФЭ и формировании осадка на поверхности и в объёме пор ФЭ. д) для анализа структуры микропористых нанокомпозитных ФЭ на основе пористого СВМ ПЭ с наполнителями (галлуазит, активированный уголь, наночастицы серебра) используется метод рентгеновской компьютерной томографии. 14. 576. 21. 0053 5) Разработаны методики физического имитационного моделирования процессов очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения, с использованием ИС-2, в том числе: а) Методика очистки воды на механических фильтрах с использованием ФПЭ модифицированных различными наполнителями; б) «Методика определения концентрации ионов стронция в растворах после сорбции на углеграфитовых волокнистых материалах марки «Бусофит» » . Рассмотрены вопросы материально-технического обеспечения физического имитационного моделирования, описаны принципы используемых методов, приготовления модельного раствора – азотнокислого стронция Sr(NO 3)2 и методик проведения измерений. Разработанные методики физического имитационного моделирования процессов очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения, с использованием ИС-2 будут использованы при проведении физического моделирования прохождения газообразных и жидких сред, аэрозолей нано-/микрочастиц металлов сквозь пористые полимеры с использованием ИС-1, ИС-2. 6) Исследованные образцы фильтрующих материалов на основе микропористого композита на основе порошка СВМ ПЭ и наполнителя галлуазит (3% (масс. )) могут быть эффективно использованы для очистки гидрозолей и аэрозолей от микрочастиц металлов размерами свыше 5, 0 мкм. При очистке аэрозолей рассматриваемый вид фильтрующих материалов не обеспечивает задержание частиц металлов размером менее 1 мкм. Модификация фильтрующего элемента сорбционным наполнителем на основе УГВМ обеспечивает глубокое удаление частиц металлов из водных растворов и модельных вод. Фильтрующие материалы: на основе микропористого композита - порошка СВМ ПЭ, наполнителя галлуазит (3% (масс. )), активированного угля и фильтрующего элемента с сорбционным наполнением на основе УГВМ могут быть рекомендованы как для систем воздухоочистки, так и очистки воды, в том числе от радиоактивных загрязнений. 7) Выполнен комплекс проектно-конструкторских, сборочно-монтажных и пуско-наладочных работ, направленных на создание испытательного стенда для физического моделирования процессов очистки ПВ и СВ, содержащих радиоактивные загрязнения – ИС-2. По результатам проверки сборки и гидравлических испытаний, путем заполнения емкостного оборудования и трубопроводов водопроводной водой, ООО «НПП «ИНПРОКОМ» был выдан Акт заводского изготовления от 18 мая 2016 г. № 88, и присвоен заводской № 5. Полимерные фильтрующие элементы на основе порошкообразного ПЭ и наполнителей (галлуазит, активированный уголь)